Uma abordagem simples para manipular oxigênio dissolvido para o comportamento animal Observações
Summary
Este artigo descreve um protocolo simples e reprodutível para manipular condições de oxigénio dissolvido em um ambiente de laboratório para estudos de comportamento animal. Este protocolo pode ser utilizado tanto em ambientes de ensino e laboratórios de investigação para avaliar a resposta do organismo de macroinvertebrados, peixes, anfíbios ou a alterações na concentração de oxigênio dissolvido.
Abstract
A capacidade de manipular o oxigênio dissolvido (OD) em um ambiente de laboratório tem aplicação significativa para investigar uma série de questões de comportamento ecológico e organismos. O protocolo aqui descrito proporciona um método simples, reprodutível e controlado para manipular DO para estudar a resposta comportamental em organismos aquáticos que resultam de hipoxia e condições anóxicas. Durante a execução de desgaseificação de água com nitrogênio é comumente usado em configurações de laboratório, nenhum método explícito para aplicação ecológica (aquático) existe na literatura, e este protocolo é o primeiro a descrever um protocolo para desgaseificar água para observar a resposta do organismo. Esta técnica e protocolo foram desenvolvidos para aplicação directa de macroinvertebrados aquáticos; No entanto, pequenos peixes, anfíbios e outros vertebrados aquáticos poderia ser facilmente substituído. Ele permite a fácil manipulação dos níveis de OD variando entre 2 mg / L até 11 mg / L, com estabilidade de até um período de observação de animais-5 min.Além de um período de 5 min de observação temperaturas da água começou a subir, e aos 10 min FAZER níveis tornou-se demasiado instável para manter. O protocolo é escalável para o organismo estudo, reprodutível e confiável, permitindo uma rápida implementação em laboratórios de ensino introdutório e aplicações de pesquisa de alto nível. Os resultados esperados desta técnica deve relacionar dissolvido mudanças de oxigênio para as respostas comportamentais de organismos.
Introduction
oxigênio dissolvido (OD) é um parâmetro físico-químico chave importante na mediação de uma série de processos biológicos e ecológicos nos ecossistemas aquáticos. Exposições a sub-letal hipóxia aguda e crónica reduzir as taxas de crescimento em certos insetos aquáticos e reduzir a sobrevivência dos insetos expostos 1. Este protocolo foi desenvolvido para fornecer um método controlado para manipular os níveis de OD em água corrente para observar os efeitos sobre o comportamento animal. Desde a sobrevivência todos os organismos aquáticos aeróbios 'depende da concentração de oxigênio para viver e se reproduzir, alterações na concentração de OD são muitas vezes reflete em mudanças de comportamento por organismos. Invertebrados aquáticos móveis mais e peixes foram observados para responder a baixas concentrações de oxigênio (hipóxia), buscando locais com maior DO 2,3. Para os organismos aquáticos menos móveis, adaptações comportamentais para aumentar a ingestão de OD pode ser a única opção viável. A ordem de macroinvertebrados aquáticos de Plecoptera (stonefly) foi anotado para realizar movimentos "push-up" para aumentar o fluxo de água e absorção de oxigênio, através de suas brânquias externas 4 – 6. Estes comportamentos adaptativos foram observados em ambientes naturais e em experiências de laboratório.
manipulação laboratorial de OD na água abre oportunidades significativas para estudos de comportamento animal, mas existem lacunas significativas na implantação metodológica. Por exemplo, um estudo utilizou grandes aquários para avaliar o tempo fisiológico resposta do baixo Largemouth (Micropterus salmoides) para ambientes hipóxicos seguinte gaseamento com nitrogênio, mas pouca detalhe é dado para a metodologia 7. Outro estudo realizado na zebra peixes (Danio rerio) descreveu o uso de gás de azoto e uma pedra porosa para entregar gás para água e reduzir a DO da água 8. Para aplicações baseadas em química, métodos de desgaseificação de solventes utilizam especializadaAparelho 9-11 para remover o oxigénio a partir de solventes, mas não seria adequado para estudos de comportamento animal. Embora esses estudos empregar métodos para remover oxigênio da água, nenhum método descritivo puderam ser identificados que permitem a avaliação do comportamento animal em resposta a mudanças FAZER.
Este método descrito a seguir é uma tentativa de descrever completamente um protocolo para a manipulação de OD de água utilizando gás nitrogênio. Além disso, este método foi desenvolvido no sentido de observar as relações entre o comportamento stonefly (flexões) e fazer isso era empregado em um laboratório de biologia de nível de calouro. Uma das principais vantagens deste método é que ele pode facilmente ser realizada dentro de um laboratório com vidros e materiais acessíveis para a maioria das instituições de ensino secundário e superior comum. O protocolo também é facilmente adaptável, permitindo a indivíduos para escalar o procedimento para cumprir os objectivos estabelecidos para aplicações de pesquisa ou de ensino. </p>
Protocol
Representative Results
Discussion
As etapas críticas
Este procedimento proporciona um modo simples e eficaz para manipular OD num ambiente de laboratório para realizar estudos comportamentais em organismos aquáticos. Descobrimos que haja vários críticos passos / itens para estar ciente de quando realizar este experimento que directamente relacionada com os resultados. Dentro de um teste, é crítica para manter a pressão da câmara a fim de evitar alterações na pressão parcial de gases acima da água, e subsequente FAZER flutuações. Se…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The Authors would first like to acknowledge all students from the freshman Biology 121- Ecology Module lab at Juniata College for their help in generating data used in this study. We would also like to thank Dr. Randy Bennett, Chris Walls, Sherry Isenberg, and Taylor Cox for their assistance in acquiring materials necessary to develop this methodology. Additionally, we would like to thank Dr. Norris Muth and Dr. John Unger for their advice on methodological development and Dr. Jill Keeney and the Biology department for their support of this endeavor. We would also like to thank the anonymous reviewers that have helped to shape and focus this manuscript. Last but not least, I'd like to thank Hudson Grant for his help with the initial stonefly collection for use in development of this technique
Materials
| Filter flask 2 L | Pyrex | 5340 | |
| Rubber Stopper size 6 | Sigma-Aldrich | Z164534 | |
| Nalgene 180 Clear Plastic Tubing | Thermo Scienfitic | 8001-1216 | |
| Whisper 60 air pump | Tetra | N/A | |
| Standard flexible Air line tubing | Penn Plax | ST25 | |
| 0.25 inch Copper tubing | Lowes Home Improvement | 23050 | |
| Male hose barb | Grainger | 5LWH1 | |
| Female Connector | Grainger | 20YZ22 | |
| Heavy Duty Dissolved Oxygen Meter | Extech | 407510 | |
| Nitrogen gas | Matheson TRIGAS | N/A | |
| Radnor AF150-580 Regulator | Airgas | RAD64003036 |
Riferimenti
- Hoback, W., Stanley, D. Insects in hypoxia. J. Insect Physiol. 47 (6), 533-542 (2001).
- Craig, J., Crowder, L. Hypoxia-induced habitat shifts and energetic consequences in Atlantic croaker and brown shrimp on the Gulf of Mexico shelf. Mar Ecol-Prog Ser. 294, 79-94 (2005).
- Gaulke, G., Wolfe, J., Bradley, D., Moskus, P., Wahl, D., Suski, C. Behavioral and Physiological Responses of Largemouth Bass to Rain-Induced Reductions in Dissolved Oxygen in an Urban System. T Am Fish Soc. 144 (5), 927-941 (2015).
- Genkai-Kato, M., Nozaki, K., Mitsuhashi, H., Kohmatsu, Y., Miyasaka, H., Nakanishi, M. Push-up response of stonefly larvae in low-oxygen conditions. Ecol Res. 15 (2), 175-179 (2000).
- McCafferty, W. . Aquatic Entomology: The Fishermen’s and Ecologists’ Illustrated Guide to Insects and Their Relatives. , (1983).
- Chapman, L., Schneider, K., Apodaca, C., Chapman, C. Respiratory ecology of macroinvertebrates in a swamp-river system of east Africa. Biotropica. 36 (4), 572-585 (2004).
- Suski, C., Killen, S., Kieffer, J., Tufts, B. The influence of environmental temperature and oxygen concentration on the recovery of largemouth bass from exercise implications for live – release angling tournaments. J Fish Biol. 68, 120-136 (2006).
- Abdallah, S., Thomas, B., Jonz, M. Aquatic surface respiration and swimming behaviour in adult and developing zebrafish exposed to hypoxia. J Exp Biol. 218 (11), 1777-1786 (2015).
- Gassmann, H., Chen, C., Vermot, M. Method and apparatus for degassing viscous liquids and removing gas bubbles suspended therein. US patent. , (1974).
- Berndt, M., Schomburg, W., Rummler, Z., Peters, R., Hempel, M. Apparatus for degassing liquids. US patent. , (2001).
- Sims, C., Gerner, Y., Hamberg, K. Vacuum degassing. US patent. , (2002).
- Barbour, M., Gerritsen, J., Snyder, B., Stribling, J. Report number EPA 841-B-99-002. Rapid bioassessment protocols for use in streams and wadeable rivers. , (1999).
- Anderson, T., Darling, D. A Test of Goodness of Fit. J Am Stat Assoc. 49 (268), 765-769 (1954).
- Rounds, S., Wilde, F., Ritz, G. Chapter A6 Field Measurements. Section 6.2 DISSOLVED OXYGEN. National Field Manual for the Collection of Water-Quality Data. , (2013).
- Hem, J. . Study and Interpretation of the Chemical Characteristics of Natural. , (1985).
- Burggren, W. 34;Air Gulping" Improves Blood Oxygen Transport during Aquatic Hypoxia in the Goldfish Carassius auratus. Physiol Zool. 55 (4), 327-334 (2015).
- Frederic, H., Mathieu, J., Garlin, D., Freminet, A. Behavioral, Ventilatory, and Metabolic Responses to Severe Hypoxia and Subsequent Recovery of the Hypogean Niphargus rhenorhodanensis and the Epigean Gammarus fossarum (Crustacea: Amphipoda). Physiol Zool. 68 (2), 223-244 (2015).
- Ultsch, G., Duke, J. Gas Exchange and Habitat Selection in the Aquatic Salamanders Necturus maculosus and Cryptobranchus alleganiensis. Oecologia. 83 (2), 250-258 (1990).
